基于单片机红外密码锁毕业论文.docx

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基于单片机红外密码锁毕业论文

基于单片机红外密码锁毕业论文

摘要………………………………………………………………………2

Abstract…………………………………………………………………3

第一章绪论……………………………………………………………6

1.1设计思路………………………………………………………6

1.2设计的意义……………………………………………………6

1.3课题背景………………………………………………………6

1.4密码锁发展趋势和特点………………………………………7

第二章红外遥控系统…………………………………………………8

2.1红外通信原理…………………………………………………8

2.2红外线的基本知识……………………………………………9

2.3红外遥控系统结构……………………………………………10

2.3.1调制………………………………………………………10

2.3.2解码………………………………………………………10

2.3.3发射系统…………………………………………………11

2.3.4红外接收头HS0038……………………………………12

2.4红外编码格式…………………………………………………13

2.5密码锁的功能…………………………………………………14

第三章红外密码锁硬件设计…………………………………………16

3.1系统整体框图…………………………………………………16

3.1.1最小系统…………………………………………………16

3.2LCD1602介绍…………………………………………………19

3.2.1LCD1602引脚名称及功能图……………………………19

3.3密码锁设计……………………………………………………20

3.44*4按键设计和仿真图………………………………………21

第四章红外密码锁的软件部分……………………………………19

4.1LCD1602软件设计……………………………………………22

4.2红外系统软件设计……………………………………………22

4.3红外遥控密码锁主程序设计…………………………………23

第五章系统的调试…………………………………………………22

5.1调试仪器………………………………………………………25

5.2整体调试………………………………………………………25

5.3硬件调试………………………………………………………25

5.4软件调试………………………………………………………25

第六章结论…………………………………………………………27

致谢……………………………………………………………………28

参考文献………………………………………………………………29

附录……………………………………………………………………29

第一章绪论

1.1设计思路

该设计考虑到实际需要，以单片机为主控器，设计了一套较简易实用系统，实现红外遥控密码锁系统的基本控制功能。

该系统的硬件部分包括红外发射和接收、显示输出、按键等部分。

红外发射器和接收装置对红外遥控的处理，显示输出部分采用LCD1602显示，系统软件部分用单片机C语言实现了本设计的全部控制功能。

效果快速精确，示清晰直观，比较理想的实现了设计要求.它解决了已往机械式的不安全和操作不方便等弊端，而红外遥控应用将更加广泛，实用性更强。

1.2设计的意义

目前大部分的锁采用的都是机械式的，其最大的缺点是利用简单工具就能很容易地把锁打开。

针对这种情况，我们设计了一种红外遥控密码锁，而一般设备都采用专用的遥控编码及解码集成电路，其制作简单、容易，性好、安全可靠、成本低廉、连接方便，简单易用，适用围广等优点。

1.3课题背景

进入二十一世纪以来各种电子信息技术进入高速发展阶段，包括信息系统技术微电子、计算机和现代通信技术、传感器技术，这也包括红外线技术，红外线是一种人的肉眼看不见的光线，最近二三十年来，初露头角的红外技术，在各个领域里获得了广泛的应用。

开始应用到生产上，并形成了一门崭新的技术—红外技术。

本设计针对传统机械锁的不足而设计的通过红外来控制的密码锁

1.4密码锁的发展趋势与特点

密码锁产生也是经历了一些阶段的，有传统的机械密码锁，电子密码锁，数字密码锁等。

随着科学技术的发展，一些以芯片特别是单片机为处理核心的新型密码锁开始不断出现。

电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁等任务。

本论文就以AT89C51单片机设计了一个红外遥控密码锁。

第二章红外遥控系统

2.1红外通讯原理

红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号（载波信号），通过红外发射管发射红外信号。

常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。

脉时调制（PPM）是红外数据协会（IrDA）和国际电子电工委员会（IEEE）都推荐的调制方式，本设计采用PPM调制方法，即用两个脉冲串之间的时间间隔来表示二进制信息，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232通信，首先产生一个同步头，然后接着8位数据比特。

如图1.1所示

如图1.1PPM调制波形图

普通的红外遥控采用面向指令的帧结构，数据帧由同步码，地址码和指令码组成，指令码长度多为8~16个比特，传送多字节遥控协议时效率偏低，而增加指令码的长度不利于接收器同步，为此本设计选用一种面向字节的帧结构，采用类似于异步串行通信的帧结构，每帧由一个起始位（二进制数0）、8个数据位和2个停止位（二进制数1）构成，如图1.2所示。

每帧传送1个字节的数据，帧与帧间隔大于2ms，帧结构不含地址信息，寻址问题由高层协议解决。

如图1.2数据帧结构示意图

由于红外光存在反射,在全双工的方式下发送的信号也可能会被本身接收，因此红外通信应采用异步半双工方式，即通信的某一方发送和接收是交替进行的。

2.2红外线的基本知识

所谓红外线是指波长超过红色可见光的电磁辐射，利用红外辐射实现的无线数据传输，称为红外线技术。

红外线波长一般是在750nm至1mm之间，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。

红外通讯一般采用红外波段的近红外线，波长在0.75um至25um之间。

红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通讯效果，红外通讯协议将红外数据通讯所采用的光波波长的围限定在850nm至900nm之。

由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输。

红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离通信和信息转发。

它一般由红外发射和接收系统两部分组成。

发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。

红外通信具有性强，息容量大，结构简单等特点，既可以是室使用，也可以在野外使用，由于它具有良好的方向性，常被用于国防边界哨所与哨所在之间的通信，但红外射束易受尘埃、雨水等物质的吸收，如何在野外环境下克服这些物质的吸收，增强红外射束信号的强度是重要的研究课题。

2.3红外遥控系统结构

红外遥控系统主要分为调制部分、发射部分、接收部分，如图1.3所示：

如图1.3红外遥控系统

2.3.1调制

红外信号的调制有脉冲宽度调制（PWM），脉冲位置调制（PPM）等方法，本设计采用脉宽调制。

二进制的调制由单片机来完成，它把编码后的二进制信号调制成频率为38khz的间断脉冲串，此脉冲串即是用于红外发射二极管发送的信号。

如图2-4，A是二进制信号的编码波形，B是频率为38khz（周期约为26us）的连续脉冲串，C是经调制后的间断脉冲串，即是用于发送的信号。

图2-4中，待发的二进制数据为101。

2.3.2解码

如图1.4信号调制示意图

二进制信号的解调由一体化红外接收头来完成，它把接收到的信号经部处理并解调复原，输出如图中的波形E。

接收头的解调可理解为：

在输入脉冲串时输出低电平，否则输出高电平。

二进制的解码由单片机来完成，它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码，还原成发送端发送的数据。

如图1.5把波形E解码还原成数据信息101。

如图1.5信号解调示意图

2.3.3发射系统

目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。

由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗，芯片所用的晶振应该有足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体，一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常一点误差可以忽略不计。

红外线通过红外发光二极管（LED）发射出去，红外发光二极管部材料和普通发光二极管不同，在其两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。

如图1.6简单驱动电路如图1.7发射极输出驱动电路

如图1.6和图1.7是LED的驱动电路，图3a是最简单电路，选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED的正向电流和反向漏电流，一般流过LED的最大正向电流为100mA，电流越大，其发射的波形强度越大。

图2.5电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。

图2.6所示的射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右，发射极电流IE基本不变，根据IE≈IC,所以流过LED的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥控距离。

2.3.4红外接收头HS0038

如图1.8红外接收头HS0038

红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。

根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头，本设计选用如图1.8的红外接收头。

红外接收头部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf以有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻，进一步减少电源干扰。

2.4红外编码格式

遥控发射器专用芯片很多，红外遥控的编码目前广泛使用的是：

NECProtocol的PWM（脉冲宽度调制）和PhilipsRC5Protocol的PPM，本设计基于NEC协议。

其编码特征如下：

1）8位地址和8位指令长度;

2）地址和命令2次传输（确保可靠性）

3）PWM脉冲位置调制，以发射红外载波的占空比代表“0”和“1”;

4）载波频率为38Khz;

5）位时间为1.125ms或2.25ms;

一个脉冲对应560us的连续载波，一个逻辑1传输需要2.25ms（560us脉冲+1680us低电平），占空比1/4:

一个逻辑0的传输需要1.125ms（560us脉冲+560us低电平）,占空比1/2。

而遥控接收头在收到脉冲的时候为低电平，在没有脉冲的时候为高电平，这样，我们在接收头端收到的信号为：

逻辑1应该是560us低+1680us高，逻辑0应该是560us低+560us高。

如图1.9所示：

如图1.9红外脉冲

NEC遥控指令的数据格式为:

同步码头、地址码、地址反码、控制码、控制反码。

同步码由一个9ms的低电平和一个4.5ms的高电平组成,地址码、地址反码、控制码、控制反码均是8位数据格式。

按照低位在前,高位在后的顺序发送。

采用反码是为了增加传输的可靠性，如图2.0所示：

如图2.0遥控指令数据格式